Simulations du comportement thermomécanique et
thermoélectrique de modules thermoélectrique de modules
Peltier
Plan de la présentation
1. Introduction
2. Simulations thermoélectriques
• Modèle géométrique
• Facteurs Étudiés
3. Simulation thermomécaniques
• Modèle géométrique
• Modèle géométrique
• Facteurs étudiés 4. Conclusion
Effets thermoeletriques:
_ effet seebeck: une différence de potentiel apparaît à la jonction de deux matériaux soumis à une différence de température
(V=alpha.deltaT, alpha coefficient de seebeck)
_ effet Peltier, un courant electrique est imposé au circuit, en plaçant par exemple une source entre Y et Z, ce qui entraîne une libération de chaleur Q à une jonction et une absorption de chaleur à l’autre jonction
Les modes d’utilisation des modules Peltier (couple simple) 1) Introduction
Génération d’énergie Absorption de chaleur
2) Simulations thermoélectriques
Modèle géométrique paramétré
Type-p
Étude sur un couple simple car en série électriquement
Cuivre alumine
Type-p
Type-n
Alliage de brasage
Les facteurs sont les dimensions des modules:
_ Épaisseur d’alumine: varie de 0.5mm à 0.8mm _ Épaisseur de l’alliage de brasage: 0.035 à 0.065mm _ Épaisseur de cuivre: 0.4 à 0.6mm
_ Épaisseur des semi-conducteurs: 0.5 à 1.5mm 2) Simulations thermoélectriques
Autres dimensions:
_ Section des semi-conducteurs: 0.25 à 1mm2 (largeur de 0.5mm ou 1mm) _ Espace intermédiaire entre les semi-conducteurs ( influence la longueur de cuivre)
Choix de deux ou trois modalités pour les épaisseurs
_ pour le type-n (bismuth de tellure; (Bi1-xSbx)2(Te1-ySey)3 fabriqué au laboratoire a483 par extrusion
_ Stoechiométrie différente pour le type-p. fabriqué aussi au laboratoire
y = 0.0393x + 8.1987 y = 0.0419x + 9.0351
y = 0.0477x + 11.195 y = 0.0498x + 11.436
y = 0.0436x + 9.7332 y = 0.0402x + 8.6106 y = 0.0405x + 8.526 y = 0.0411x + 8.374 y = 0.0429x + 8.851 y = 0.0431x + 9.1252
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-100 -50 0 50 100 150 200
T
rho
n1147 n1146 n1148 n1149 N1154 N1156 N1157 N1159 n1150
N1151 0
1 2 3 4 5 6
-100 -50 0 50 100 150 200
T
Lambda corrigé
n1147 n1148 n1149 n1154 n1156 n1157 n1159 n1150 N1151
2) Simulations thermoélectriques
-300 -250 -200 -150 -100 -50 0
-100 -50 0 50 100 150 200
T
Seebeck
n1146 n1147 n1148 n1149 n1154 n1156 n1157 n1159 n1150 n1151 Poly.
Propriétés matériaux mesurés des semi-conducteurs de type-n.
2) Simulations thermoélectriques
La réponse est la puissance par unité de surface. Le but est de la maximiser et d’observer les différences entre les designs et matériaux pour obtenir la composition optimale.
puissance par unite de surface
2.50E-02 3.00E-02
0.00E+00 5.00E-03 1.00E-02 1.50E-02 2.00E-02
0.00E+00 2.00E-02 4.00E-02 6.00E-02 8.00E-02 1.00E-01 1.20E-01
resistance de sortie
W/mm^2 Allure d’une réponse
_ Utilisation d’Ansys pour les simulations: Possibilité de lancer 128 simulations a la suite
_ Modèle réduit donc temps d’une simulation assez court _ Utilisation d’un plan complet
_ résultats pour les matériaux et les designs 2) Simulations thermoélectriques
3) Simulations thermomécaniques
_Les facteurs géométriques sont les mêmes que pour les simulations thermoélectriques
_ Les propriétés matériaux sont les propriétés élastiques: variation du module d’Young de 35 à 45 Gpa pour les semi-conducteurs: choix de 2 ou 3 modalités. La dilatation thermique est la principale cause des contraintes.
_ Utilisation du même plan que précédemment concernant les dimensions.
Rajout des conditions limites dans les facteurs d’entrée (Plaques d’alumine fixe ou libre) et du module d Young. Plan complet
_ Objectif de la réponse: trouver et minimiser la plus grande contrainte suivant le design
3) Conclusion
Au final:
• Étudier les designs ainsi que les performances des combinaisons de matériaux semi-conducteurs de type-n et p. Au moins douze compositions différentes pour les type-n et p
• Utilisation de plan complet avec des facteurs de deux ou 3 modalités pour les facteurs de dimensions
• Étudier les designs au niveau thermomécanique. Plan complet
